铝型材挤压模具定制方案与制作过程

铝型材挤压模具定制方案与制作过程

一、定制方案

需求分析

产品规格确认：根据客户提供的图纸、技术协议及性能指标，明确型材的截面形状、尺寸公差、表面光洁度等核心参数。例如，壁厚均匀性需控制在±0.05mm以内，表面粗糙度需达到Ra0.8μm以下。

应用场景评估：结合型材的使用环境（如建筑幕墙、轨道交通、电子散热等），选择合适的铝合金号（如6063、6061、7005等），并评估材料在挤压过程中的变形抗力与模具磨损关系。

设备能力核算：核对挤压机吨位（800T-3600T）、挤压筒直径、出料台长度等参数，确保产品大外接圆直径、挤压比在设备允许范围内。例如，外接圆直径超过挤压筒直径20%时，需提出设备改造或分模生产建议。

模具结构设计

分流孔布局：根据型材复杂程度选择分流孔数量（4/6/8孔）与角度（30°-60°）。例如，空心型材采用多级分流桥结构，通过计算金属流量分配比平衡焊合室压力与型材焊缝质量；实心型材则采用平模或锥模结构，优化工作带长度梯度分布以控制流速差。

模芯支撑系统：针对复杂悬臂结构（如异形腔体），配置螺旋式或立柱式模芯支撑，并通过有限元分析验证支撑柱数量与直径对模芯抗弯刚度的提升效果。例如，模芯抗弯强度需满足在大挤压力（120-150MPa）下安全系数≥3。

供料平衡设计：对于壁厚落差大的型材，采用不等长定径带或阻流台结构。例如，在壁厚薄的位置设置高度为3-5mm的阻流台，引导金属流向难供料区域。

材料选择与强度校核

模具钢选型：选用高强度、耐高温、耐磨损的模具钢材料（如H13钢），其热处理后硬度需达到HRC48-52，以确保在高温高压下不变形。

三维受力仿真：建立基于厚壁圆筒理论的模具强度计算模型，对模套、模垫进行三维受力仿真，确保关键部位（如分流桥根部、焊合室棱边）在大挤压力下无变形。

制造工艺规划

高精度加工：采用多轴联动数控加工中进行型腔、分流孔等复杂曲面的加工，尺寸公差控制在±0.02mm以内，表面粗糙度达到Ra0.8μm以下。

热处理强化：通过真空退火消除加工应力，改善材料性能；采用多段淬火工艺确保模具整体硬度分布均匀；高温回火定型提升模具尺寸稳定性和抗疲劳性能。

表面处理：对工作带进行渗氮或PVD涂层处理，提升表面硬度至HV1000以上，降低挤压过程中的磨损率。

二、制作过程

模具设计准备

图纸绘制与评审：严格执行GB/T14689机械制图标准，对关键尺寸（如分流孔收缩角±0.5°、工作带长度公差±0.02mm）采用双重标注体系，并附加表面粗糙度（Ra0.8-1.6μm）与热处理要求（HRC48-52）。

三维参数化建模：运用UG/NX软件完成模具全组件参数化建模，包含模套、模芯、导流板、模垫的装配关系与公差配合（H7/h6），并对工作带区域实施曲面连续度分析，确保G2连续性以避免金属流动突变。

模具坯料加工

粗加工：使用车床、铣床等机床去除多余材料，初步形成模具外形和基本尺寸。

精加工：采用数控机床（CNC）进行车削、铣削、钻孔、线切割等工艺，确保型腔和工作部分的加工精度。例如，使用慢走丝线切割加工实现模具异形孔、尖角部位的微米级精度切割。

去应力处理：在线切割后对模具进行低温回火或振动时效处理，消除放电加工产生的表层应力。

热处理强化

真空退火处理：通过真空环境下的高温加热消除模具在加工过程中产生的残余应力，提高材料组织均匀性。

淬火与回火：采用多段淬火工艺或预冷技术避免因温差过大导致模具局部过硬或变形；高温回火促使马氏体转变为回火索氏体，释放淬火内应力，提升模具尺寸稳定性和抗疲劳性能。

表面精加工

工作带尺寸精修：通过精细打磨消除工作带与模腔连接处的锐角，形成R0.3-R0.5mm的平滑过渡，避免铝流剪切应力集中导致的裂纹缺陷。

焊合室抛光处理：依次使用400#-3000#金刚石砂轮进行粗抛至精抛，再配合化学机械抛光（CMP）使表面粗糙度Ra≤0.1μm。

导流槽光洁度提升：通过镜面电化学抛光在导流槽表面生成致密氧化膜，实现反射率≥90%的镜面效果，降低铝料流动阻力。

试模与调试

首件挤压参数设定：根据模具材质和铝棒特性设定挤压筒、模具及铝棒加热温度（通常控制在450-500℃），确保金属流动性与模具寿命平衡。

压力与速度匹配：结合挤压机吨位和型材截面复杂度设定主缸压力、挤压杆速度及背压值，避免因参数失衡导致表面裂纹或填充不足。

尺寸检验与调整：通过三坐标测量仪检测型材壁厚、角度等关键尺寸，对工作带进行局部抛光或补焊，调整金属流速分布至均匀状态。

质量检测认证

尺寸检验：使用三坐标测量机等高精度设备检测模具型腔尺寸，确保符合设计要求。

表面质量检验：通过目视检查或显微镜观察模具表面是否存在裂纹、划痕等缺陷。

性能检验：进行模拟挤压试验，验证模具在高温高压下的强度和耐磨性。